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La “Constructor Theory”: una nuova fondazione per la fisica?
di Achille De Tommaso
La Constructor Theory (Teoria del Costruttore) è un approccio rivoluzionario alla fisica, proposto nel 2012 dal fisico britannico David Deutsch, noto per il suo lavoro sulla meccanica quantistica e sul calcolo quantistico, insieme alla fisica Chiara Marletto (italiana, nata a Torino). L’idea centrale è che le leggi fondamentali della natura possano essere formulate non in termini di equazioni differenziali o di evoluzione dinamica, come nella fisica tradizionale, ma in termini di cosa può o non può essere costruito all’interno dell’universo.
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Questa prospettiva promette di risolvere problemi aperti in diverse discipline, dall’informazione quantistica alla termodinamica, e persino di unificare la meccanica quantistica con la relatività generale. Ma come funziona esattamente questa teoria? E perché potrebbe rappresentare un nuovo paradigma per la scienza?
Nella fisica tradizionale, i fenomeni vengono descritti da equazioni che prevedono il comportamento di un sistema nel tempo. Ad esempio, le leggi di Newton determinano come si muove un oggetto sotto l’effetto di una forza, mentre la meccanica quantistica descrive l’evoluzione degli stati quantistici attraverso l’equazione di Schrödinger.
La Constructor Theory, invece, ribalta il paradigma e non si concentra su “come” un sistema evolve, ma su quali trasformazioni fisiche sono possibili o impossibili. In altre parole, invece di descrivere direttamente i processi, la teoria cerca di identificare le condizioni generali che permettono o vietano certe trasformazioni.
Questa idea si ispira alla teoria dell’informazione di Claude Shannon, che definisce l’informazione non in base ai dettagli dei segnali elettrici, ma in termini di cosa è possibile trasmettere e ricevere in un sistema di comunicazione.
Il concetto chiave della teoria è il costruttore, un sistema fisico in grado di effettuare trasformazioni ripetutamente senza degradarsi. Ad esempio, una macchina di Turing è un costruttore teorico capace di eseguire calcoli illimitati. Un motore termico è un costruttore fisico che converte calore in lavoro in modo ciclico.
Nella Constructor Theory, si studiano le proprietà delle trasformazioni che questi costruttori possono eseguire e si stabiliscono le leggi della fisica in termini di ciò che può essere costruito e ciò che è impossibile costruire. Questo porta a una formulazione alternativa delle leggi fondamentali della natura.
La Constructor Theory ha implicazioni profonde in diversi ambiti della fisica e della scienza dell’informazione:
Uno dei grandi problemi della fisica moderna è che la meccanica quantistica e la relatività generale non si integrano bene tra loro. Viene quindi proposto che la Constructor Theory possa fornire un quadro unificato, perché tratta entrambe le teorie come regole sulle trasformazioni possibili, invece di cercare di combinare le loro equazioni dinamiche.
La meccanica quantistica ha introdotto un nuovo modo di pensare all’informazione, con concetti come l’entanglement e la computazione quantistica. La Constructor Theory offre una base più generale per definire l’informazione quantistica in termini di trasformazioni possibili e impossibili, piuttosto che basarsi solo sull’evoluzione degli stati quantistici.
Il Secondo Principio della Termodinamica afferma che l’entropia di un sistema isolato non può diminuire. Ma perché questa legge esiste? Nella Constructor Theory, il principio emerge naturalmente dal fatto che non è possibile costruire un costruttore perfetto che inverte sempre l’aumento di entropia, dando così una spiegazione più profonda del fenomeno.
Origine della Vita e Selezione Naturale. La parte, secondo me, più intrigante è quella relativa alla Vita. In questo contesto, il DNA e altri sistemi biologici sono visti come "costruttori" capaci di auto-riprodursi, e l'evoluzione viene descritta in termini di trasformazioni fisiche possibili o impossibili secondo le leggi della fisica.
Tradizionalmente, la teoria neo-darwiniana dell'evoluzione spiega l'apparente design intenzionale negli organismi viventi attraverso processi di variazione e selezione naturale. Però, affinché questi processi siano possibili senza che il design sia predefinito nelle leggi fisiche, è necessario che tali leggi permettano la replicazione accurata e l'auto-riproduzione. La Constructor Theory fornisce un quadro teorico per definire le proprietà che le leggi fisiche devono possedere affinché la vita e l'evoluzione siano possibili. In particolare, essa stabilisce che le leggi fisiche devono consentire l'instanziazione fisica (*) dell'informazione digitale, elemento cruciale per la replicazione genetica e la selezione naturale.
In questo quadro, la vita emerge come una conseguenza naturale delle leggi fisiche che permettono determinate trasformazioni, senza la necessità di un design predefinito. Questo approccio offre una nuova prospettiva sulla biologia, integrando i principi dell'evoluzione con le leggi fondamentali della fisica, e suggerisce che la capacità dei sistemi biologici di auto-riprodursi e evolversi è intrinsecamente legata alle possibilità e limitazioni imposte dalle leggi fisiche stesse.
Critiche alla teoria
Nonostante il suo potenziale, la Constructor Theory è ancora una teoria emergente e non è universalmente accettata. Alcuni scettici sottolineano che:
• Non è ancora stata formulata in modo completamente matematico come le altre teorie fisiche.
• Manca di predizioni testabili dirette, il che rende difficile verificarla sperimentalmente.
• La formulazione attuale potrebbe non essere sufficiente per risolvere problemi concreti nella fisica teorica.
Tuttavia, l’idea di basare la fisica su principi di possibilità e impossibilità è affascinante e potrebbe portare a nuovi modi di concepire le leggi fondamentali.
Un Nuovo Paradigma?
La Constructor Theory è quindi un tentativo audace di riformulare la fisica da una prospettiva diversa, basata sulla capacità di costruire trasformazioni piuttosto che sulle equazioni di moto. Se si dimostrasse valida, potrebbe offrire un quadro più profondo per comprendere la realtà, con applicazioni che spaziano dalla fisica quantistica all’informazione, dalla termodinamica alla biologia.
Anche se siamo ancora lontani da una verifica definitiva, questo approccio sta già influenzando il modo in cui pensiamo alla fisica fondamentale. Potrebbe essere il primo passo verso una nuova rivoluzione scientifica.
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(*) Nel contesto della Constructor Theory, l'instanziazione dell'informazione digitale si riferisce alla realizzazione fisica concreta di informazioni in sistemi materiali, come il DNA negli organismi viventi. Questo implica che l'informazione non è solo un concetto astratto, ma deve avere una rappresentazione fisica tangibile per influenzare processi come la replicazione e l'evoluzione.
RIFERIMENTI
Per approfondire la Constructor Theory, consiglio di consultare le seguenti risorse:
- Sito ufficiale della Constructor Theory: offre una panoramica dettagliata del progetto, inclusi articoli di ricerca, video introduttivi e risposte a domande frequenti.
- "Constructor Theory of Life" pubblicato sul Journal of the Royal Society Interface.
- Articolo "Constructor Theory" di David Deutsch: pubblicato su Synthese, questo documento esplora le motivazioni e i principi fondamentali della teoria.
- Articolo "Constructor Theory of Information" di David Deutsch e Chiara Marletto: pubblicato nei Proceedings of the Royal Society A, questo lavoro applica i concetti della Constructor Theory all'informazione, proponendo una nuova base teorica per la teoria dell'informazione.
- Intervista video "Constructor Theory - Chiara Marletto and Marcus du Sautoy": in questa conversazione, Chiara Marletto discute i fondamenti e le implicazioni della Constructor Theory con il matematico Marcus du Sautoy.
